木星的火山之月： 用哈勃和韦伯探索木卫一的火热之谜

太空望远镜科学研究所（Space Telescope Science Institute）最近授予西南研究所（SwRI）一个大型项目，利用哈勃望远镜和詹姆斯-韦伯望远镜对太阳系中火山最活跃的天体木卫一进行远程研究。

西南研究所将领导空间望远镜科学研究所的一个大型项目，利用哈勃和詹姆斯-韦伯望远镜，在美国国家航空航天局的朱诺号航天器对木星卫星进行互补性飞越期间对木卫一进行遥感研究。朱诺号即将进行的飞越提供了一个极好的机会，将密集的现场测量与地球遥感相结合，以了解木卫二的火山对木星周围等离子环境的贡献。图片来源：SwRI/John Spencer

这项研究将对美国国家航空航天局（NASA）的朱诺号（Juno）航天器即将对木星卫星进行的飞越研究起到补充作用，并将深入了解木卫一对木星周围等离子体环境的贡献。大型哈勃项目需要 75 个轨道或更多轨道；该项目将在 122 个轨道上收集数据，这也是哈勃望远镜时间的分配方式。

"该项目的时间安排至关重要。在接下来的一年里，朱诺号将多次飞过木卫一，这为我们提供了难得的机会，可以对这个复杂的系统进行原地和远程观测。"SwRI 的 Kurt Retherford 博士是该项目的首席研究员，他说，"在这个周期中，朱诺号主要使用了 4.7% 的哈勃观测时间，并辅以 4.8 小时的韦伯观测时间。我们希望能对木卫一剧烈的火山活动、等离子体与月球的相互作用，以及通过木星庞大的磁层传播并引发强烈的木星极光辐射的中性气体和等离子体群有新的认识"。

SwRI 正在领导一项研究，以了解木卫一这个太阳系中火山最多的天体是如何对木星的等离子体圈作出贡献的。朱诺号的JIRAM仪器对木卫一的热点进行成像，这些数据将得到哈勃和韦伯望远镜数据集的补充。资料来源：NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

木卫一和木星的复杂动态

木卫一逸散的大气是木星磁层的主要物质来源，它是围绕着这颗气体巨行星旋转的巨大带电粒子气泡。然而，火山、地表挥发物、大气和磁层等离子体与木卫一的扩展中性云、木卫一等离子体环（IPT）和木星电离层之间的相互作用关系仍然难以量化和理解。

该项目的联合首席研究员、来自科罗拉多大学博尔德分校的 Fran Bagenal 博士说："时变过程之间的耦合是全面了解木星系统的核心。例如，有多少硫磺从木卫一迁移到欧罗巴表面？木卫一上的极光特征与地球上的极光（北极光）和木星上的极光相比如何？"

电离和等离子体相互作用

木卫一是木星最内侧的大卫星，为木星磁层提供大部分带电粒子。IPT 是环绕木星的一个由离子和电子组成的甜甜圈状云团，是木卫一逸出的大气气体被电离后产生的。电子与离子碰撞，离子吸收碰撞产生的能量，并以紫外线的形式释放出来，可以被望远镜探测到。

加州理工学院的凯瑟琳-德克莱尔（Katherine de Kleer）博士说："这些物质中的大部分实际上并不是直接从火山中逃逸出来的，而是与木卫一日侧表面二氧化硫霜的升华有关，木卫一大气层与周围等离子体之间的相互作用为月球冰冻表面释放的气体提供了逃逸机制。"她是另一位在詹姆斯-韦伯数据分析方面具有专长的联合研究员。

朱诺号飞越木卫一的意义

朱诺号的主要任务是研究木星内部、磁层和极光，而它的扩展任务包括飞越伽利略卫星。朱诺号将于 2023 年 12 月 30 日和 2024 年 2 月 1 日飞越木卫一，这两次飞越距离特别近。朱诺号还将飞越其他几颗距离较远的卫星，其中 2024 年 9 月 20 日的飞越可以被哈勃和韦伯观测到。虽然欧罗巴快船和木星冰雪卫星探测器（JUICE）任务计划于 2029-2031 年抵达木星，但这两个任务都不会飞越木卫一。要想再有机会进行此类研究，要到 2030 年代才有可能。

Retherford说："自从1999-2000年一系列伽利略飞船飞越木卫一，并得到哈勃30轨道飞行的大力支持后，就再也没有机会对木卫一进行整体研究了。朱诺号的密集现场测量与我们的遥感观测相结合，无疑将推进我们对木卫一在木星系统耦合现象中的推动作用的理解。"